[前沿] 美科学家造出“时间晶体”:或有助于量子计算机研发


  物理学家发明了一种名叫“时间晶体”的新型物质状态,其中原子不按空间、而是按时间排列。科学家一度认为这种物质不可能真正存在,但近日两项研究各自独立地造出了时间晶体。


  新浪科技讯 北京时间3月10日消息,据国外媒体报道,物理学家发明了一种名叫“时间晶体”的新型物质状态,其中原子不按空间、而是按时间排列。科学家一度认为这种物质不可能真正存在,但近日两项研究各自独立地造出了时间晶体。


  物理学家指出,这些晶体“为我们敞开了非均衡态物质的大门”,未来或能用于研制超级安全的量子计算机。在冰和钻石等常见晶体中,原子在空间内按一定规律重复排列。而在时间晶体中,原子在时间轴上进行周期性排列。



  在冰和钻石等常见晶体中,原子在空间内按一定规律重复排列。而在时间晶体中,原子在时间轴上进行周期性排列。研究人员指出,时间晶体的特性也与天然晶体大相径庭。


  研究人员指出,时间晶体的特性也与天然晶体大相径庭。马里兰大学联合量子研究所(JQI)与加州大学伯克利分校组成合作团队,在一条由10个镱离子构成的离子链中,用激光诱发了三种不同反应,从而造出了时间晶体。他们用激光脉冲轰击原子离子,激发出磁场,然后用另一道激光稍微翻转原子的自旋方向。这一过程不断重复,最终创造出了按时间排列的重复翻转结构。


  此外,该团队发现这些离子的响应频率较低,正好为激光脉冲频率的一半。就好像一秒敲两次琴键、但只发出一次声音。另一组研究人员来自哈佛大学,他们与加州大学伯克利分校物理学家Norman Yao开展了合作研究,在合成钻石中利用人工晶格造出了时间晶体。虽然上述两种研究方法不同,但最后都造出了具有时间晶体特性的材料。构成这些奇特的“时间晶体”的原子永远不会达到热平衡状态。它们的结构在时间轴上不断重复,做周期性“振荡”动作,就像不断晃动的果冻一样。



  马里兰大学联合量子研究所(JQI)与加州大学伯克利分校组成合作团队,在一条由10个镱离子构成的离子链中,用激光诱发了三种不同反应,从而造出了时间晶体。


  但研究人员指出,仅让原子重复排列是不够的。“如果你把一堆台球放在桌面上、每个之间相隔10厘米,这就算是晶体了吗?”该研究的主要作者、马里兰大学联合量子研究所的研究人员Jiehang Zhang反问道,“并不算,因为你如果摇晃桌子,这些台球就会掉下来。”


  要想将原子牢牢结合在一起,晶体必须有稳定的振动频率。时间晶体的概念最初由物理学家弗兰克·维尔切克(Frank Wilczek)于2012年提出,他认为该物质可打破时间的平移对称性。近期取得一系列突破之后,物理学家称这种新物质状态可对未来量子计算机的研发产生积极影响。


  “这种奇异的物质状态是众多量子控制在单个原子级别上产生复杂相互作用的结果。”马里兰大学物理学教授、联合量子研究所研究员克里斯托弗·孟罗(Christopher Monroe)指出,“但特定的固态元件也可造出时间晶体。因此我们若能更好地理解这一现象,便可在未来的量子设备中予以应用。”


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前沿 科学家 造出 时间晶体

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